動物蛋白類混凝土發(fā)泡劑的制備與發(fā)泡性能測試

摘要 : 以 氫氧化鈉、鹽酸和人發(fā)為主要原料制備xK型動物蛋白混凝土發(fā)泡劑，以十二烷基苯磺酸鈉(LAS)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和明膠3種穩(wěn)泡劑對合成發(fā)泡劑進行復配改性，并對復配發(fā)泡劑的穩(wěn)泡性能進行了分析研究。結果表明，這3種穩(wěn)泡劑能不同程度提高合成發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性，其中以LAS與明膠復配的改性作用最好。

關鍵詞:動物蛋白發(fā)泡劑;穩(wěn)泡劑;泡沫混凝土

中圖分類號:TU528.042.4 文獻標識碼:B 文章編號:1001一702X(20()7)07一0008一03

0 引言

　　泡沫混凝土具有流動性高、自重輕、消耗資源少和保溫隔熱性能卓越等優(yōu)點，因此，作為一種功能材料可廣泛應用于建筑工程領域1。在生產(chǎn)中，泡沫混凝土是以水泥、石灰、粉煤灰、砂和外加劑為主要原料經(jīng)摻合均勻后，加入適量水充分攪拌制成料漿，同時迅速將發(fā)泡劑水溶液經(jīng)發(fā)泡機制成泡沫吹入，經(jīng)混合攪拌，澆筑成型，養(yǎng)護而成一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的“密孔”輕質(zhì)建筑材料閉。生產(chǎn)高性能泡沫混凝土，優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑必不可少，要求發(fā)泡劑同時具有成本低廉、原材料易得、起泡力高和技術應用可行等特點闊。

　　國內(nèi)的混凝土發(fā)泡劑主要有:松香膠發(fā)泡劑、樹脂皂類發(fā)泡劑等樹脂類，廢動物毛發(fā)泡劑、水解血膠發(fā)泡劑、動物角質(zhì)發(fā)泡劑等動物蛋白類[2l，復合發(fā)泡劑間等。但總體來說目前國內(nèi)的發(fā)泡劑存在泡沫穩(wěn)定性低，泡沫混凝土制品強度不高等問題，使得泡沫混凝土的開發(fā)應用受到一定限制。國外在發(fā)泡劑的制備和性能改善方面做了大量的研究回，美國、俄羅斯、日本等相繼開發(fā)出高效蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑卜121。我國現(xiàn)有的發(fā)泡劑與國際上比較成熟的動物蛋白類發(fā)泡劑相比，存在很大差距，有待于進一步改進和提高。鑒于此，本文開展了XK型動物蛋白類混凝土發(fā)泡劑的合成、復配及性能分析等研究工作。

1 實驗

1.1 主要原料

　　氫氧化鈉:AR，成都市聯(lián)合化工試劑研究所;鹽酸:AR，成都新都海興化工試劑廠;十二醇、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(LAS)，AR，成都科龍化工試劑廠;明膠，工業(yè)級，成都科龍化工試劑廠。

1.2 動物蛋白發(fā)泡劑的合成

　　動物蛋白發(fā)泡劑的制備己有文獻報道陽3]。本文利用氫氧化鈉和人發(fā)水解，再加稀鹽酸中和制備出XK型動物蛋白混凝土發(fā)泡劑(以下簡稱XK型發(fā)泡劑)。將人發(fā)、氫氧化鈉和十二醇以一定比例混合加入裝有溫度計、機械攪拌器、回流冷凝管的三口瓶中，70~80℃水浴反應5一7h，將產(chǎn)物冷卻、過濾，用鹽酸中和濾液，之后在80刁0℃水浴反應3h，冷卻、過濾后即制得發(fā)泡劑母液。

1.3 發(fā)泡劑性能測試

　　本試驗采用國外普遍使用的測試方法閻對發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量等性能進行測試。pH值、固含量和相對密度按GB汀8077一2叨0(@凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方澎進行測試。

2 結果與討論

2.IXK型發(fā)泡劑配方的確定

　　XK 型 發(fā)泡 劑的性能受到很多因素的影響，為確定各因素的最佳值及影響目標的主次關系，特設計3水平4因素的正交試驗。本試驗以Na0H、人發(fā)、HCI和十二醇的不同配比為4因素，每個因素取3個水平，以此設計腸(3今正交試驗(見表D。實驗考察的目標為發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量。各因素不同配比對發(fā)泡劑性能的影響及極差分析見表1

　　發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)、沉陷距和泌水量等性能是衡量泡沫性能的3大重要指標，通常認為最理想的發(fā)泡劑應是沉陷距和泌水量最小(即持久性最好)、發(fā)泡倍數(shù)最大。一般認為，lh后泡沫的沉陷距不大于10mm，lh的泌水量不大于80ml，發(fā)泡倍數(shù)不小于20的為優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑。

　　由表 1 中 各因素極差大小可以看出:(l)對發(fā)泡倍數(shù)影響的主次順序為:人發(fā)>Na0H二HCI二十二醇，人發(fā)為主要因素，隨著人發(fā)用量的增加，自制發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫越細膩豐富，故發(fā)泡倍數(shù)越大。(2)對沉陷距影響的大小因素為:人發(fā)>NaOH>HCI>十二醇，HCI、十二醇的影響相對較小，人發(fā)還是主要影響因素，Na0H的影響也較大。隨著人發(fā)量的增加，自制發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫孔徑越小，越穩(wěn)定性持久。故沉陷距越小。(3)對泌水量影響的大小順序為:人發(fā)>Na0H>HCI>十二醇，人發(fā)仍然是主要因素，泡沫越細膩豐富，越穩(wěn)定持久，發(fā)泡倍數(shù)越大，沉陷距越小，因此泌水量越小。綜合上述試驗分析結果可知，5號、9號配方相對較好。

2.2 發(fā)泡劑泡沫性能研究

2.2.1 泡沫性能測試

　　對自制 、市 售和改性發(fā)泡劑泡沫性能測試分析結果如表

2所示。

　　在自制發(fā)泡劑溶液中加入LAS，溶液起泡力變強，泡沫細膩豐富，穩(wěn)定持久。如果和明膠復配使用效果更好。由表2對比可知，動物蛋白性發(fā)泡劑的沉陷距、泌水量和發(fā)泡倍數(shù)均符合標準，其中以自制XK型發(fā)泡劑加入穩(wěn)泡劑B的性能最佳，這和理論是相符合[l4];而植物性發(fā)泡劑的起泡力最大，但是穩(wěn)泡性能較差。

2.2.2 穩(wěn)泡劑對泡沫穩(wěn)定性的影響

　　目前普遍認為泡沫中液體析出和氣體穿透液膜擴散是導致泡沫衰變的主要因素[l8。換言之，泡沫的穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強度，因此可以選擇適當?shù)陌l(fā)泡劑，以降低液相的表面張力，增加液膜的強度和彈性;同時加入穩(wěn)泡劑，提高泡沫穩(wěn)定性。因為液膜的表面薪度決定了泡沫的穩(wěn)定性。加入合適的穩(wěn)泡劑可使液體有適當?shù)男蕉?。本試驗通過添加穩(wěn)泡劑LAS、SDS、明膠及LAS和明膠復配來改善發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性。穩(wěn)泡劑及其摻量對發(fā)泡劑泡沫穩(wěn)定性的影響見圖1一圖4

　　由圖 1 一圖 4可以看出，加入3種穩(wěn)泡劑(LAS、SDS、明膠)及LAS和明膠復配物后，發(fā)泡劑溶液的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均比未摻穩(wěn)泡劑有不同程度的提高。

　　(l) 在 自制 發(fā)泡劑溶液中加入LAS，觀察到溶液的起泡力增強，泡沫細膩豐富，穩(wěn)定持久。由Laplace公式可知，液膜的助place交界處與平面膜之間的壓差和表面張力成正比，表面張力低則壓差小，因此排液速度慢，液膜變薄速度慢，有利于泡沫穩(wěn)定[1q。由圖1可知，當發(fā)泡劑中摻入0.1%的LAS、放置時間為lh時，泡沫穩(wěn)定性明顯低于其它的發(fā)泡劑，穩(wěn)定性較差;摻量為0.25%時泡沫的穩(wěn)定性最好，Zh后的泡沫仍較穩(wěn)定，且在4h時泡沫穩(wěn)定性大于未摻試樣。

　　(2) 由圖 2 、圖3可見，SDS在摻量為0.25%時改善泡沫穩(wěn)定性效果最佳;明膠在摻量為0.1%時，改善泡沫穩(wěn)定性效果最佳。因為SDS是一種表面活性劑，極易溶于水，有良好的乳化、起泡性能;明膠是組成復雜的兩性物質(zhì)，常用作乳化劑和穩(wěn)定劑ln。加入SDS和明膠后使得母液相應地變稠，制得的泡沫質(zhì)量較高，透氣性較小，使泡沫的穩(wěn)定性增強。但摻量繼續(xù)增大，液相的赫度不斷增大，克服粘滯阻力做的功也增大，起泡力降低，且摻量太大，液膜中液體的比重增加，這時重力作用下泡沫容易破裂而析水，從而使穩(wěn)定性降低[lg]。

　　(3) 由圖 4 可見，復配摻入0.25%的LAS和明膠發(fā)泡液泡沫穩(wěn)定性最好，Zh后泡沫排液依然較慢，泡沫更加細膩豐富，穩(wěn)定持久。加入復配的LAS和明膠后母液變稠，勃稠度較大，透氣性較小，從而泡沫的穩(wěn)定性增強。

3 結語

　　(l) 采用 人 發(fā)制備的XK型動物蛋白發(fā)泡劑成本較低，能大量生產(chǎn)，而且不易變質(zhì)，對環(huán)境比較友好。

　　(2) 在合 成 動物蛋白發(fā)泡劑中，分別加入0.25%十二烷基苯磺酸鈉、0.1%明膠或0.25%十二烷基硫酸鈉等穩(wěn)泡劑，泡沫的穩(wěn)定性均有明顯提高，其中，以十二烷基苯磺酸鈉和明膠復配使用效果最好，對發(fā)泡劑起到了很好的改性作用。